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Einrichtung zur Gewinnung von Biogas
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Gewinnung von
Biogas aufgrund biochemischer Zersetzung organischer Substanzen in Faulgut, mit
einem liegend angeordneten, vorzugsweise zylindrischen Behälter, der in einen Faulgut-Gärraum
und in einen Sammelraum für das abgebaute Faulgut unterteilt, im Bereich des Gärraums
mit einer der Faulgut-Zufuhr dienenden Einlaufleitung sowie einer Gasabzugsleitung
und im Bereich des Sammelraums mit einer Auslaufleitung für die Faulgut-Abfuhr ausgerüstet,
und mit einem der Durchmischung des Behälterinhalts dienenden, eine mit mindestens
einem Rührarm bestückte, parallel zur Behälterachse angeordnete Welle umfassenden
Rührwerk versehen ist.
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Derartige Einrichtungen, in denen Biogas, ein Gemisch aus Methan
und Kohlendioxid durch Zersetzung organischer Substanzen unter Buftabschluss entsteht,
gewinnen zunehmende Bedeutung, da das die organischen Substanzen enthaltende Faulgut,
aus denen das Biogas gewonnen wird, laufend in. Form von Abfallstoffen bei der Gewinnung
und Verarbeitung von Nutzpflanzen und von Fest- und Flüssigmist aus der Tierhaltung
anfällt. In den fraglichen Einrichtungen zur Erzeugung von Biogas muss eine hohe
Feuchtigkeit des Faulgutes vorhanden sein, damit der Stoffwechsel der Bakterien
sichergestellt ist; ferner bedarf es eines völligen Buftabschlusses unter Aufrechterhaltung
eines pH-Wertes zwischen 6,5 und 7,2 sowie einer Temperatur über 150C. Die Abbaugeschwindigkeit
und damit die in der Zeiteinheit freigesetzte Gasmenge hängt neben der Stoffzusammensetzung
und dem Zerkleinerungsgrad der festen Stoffe vom Grad der Durchmischung und der
Temperatur der Stoffe ab. Eine gute Durchmischung führt zu grossen Reaktionsflächen
und deren Umorientierungen beschleunigen den Stoffaustausch.
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Bei den bekannten Einrichtungen der eingangs genannten Art wird dem
Behälter konstant Faulgut zugeführt und nach einer bestimmten Verweilzeit, die der
sogenannten technischen Faulgrenze entspricht, wieder abgeführt. Hierbei hat sich
nun gezeigt, dass mit Hilfe des vorgesehenen Rührwerks zwar die Durchmischung gefördert
und damit die Verweilzeit verringert werden kann, nicht jedoch der Nachteil beseitigt,
dass die schwimmenden und die am Boden des Behälters sich absetzenden Substanzen
entweder den Behälter vorzeitig verlassen oder aber nach der Verweilzeit nicht aus
dem Behälter gefördert werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Einrichtung der eingangs
genannten Art unter Beseitigung der vorerwähnten
Mängel so weiter
auszugestalten, dass gleichzeitig mit der Durchmischung des im Behälter befindlichen
Faulgutes eine Förderung der schwimmenden und der am Behälterboden befindlichen
Faulgutteile in Richtung zur Auslaufleitung des Behälters hin erreicht wird.
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Die erfindungsgemässe Einrichtung, bei der diese Aufgabe gelöst ist,
zeichnet sich im wesentlichen dadurch aus,##er Rührarm bzw. die Rührarme zumindest
teilweise mit einem sich quer zur Umlaufrichtung erstreckenden, sich im Betrieb
bei Überschreiten eines vorbestimmten Drehmomentes entgegen Federwirkung nach rückwärts
verschwenkenden Rührblatt versehen sind. Mit Hilfe einer so ausgebildeten Einrichtung
ist dafür gesorgt, dass insbesondere bei Anlaufbeginn des Rührwerks, d.h. zum Zeitpunkt
des grössten Antriebsmomentes, mit Hilfe der sich nach rückwärts verschwenkenden
Rührblätter ausser der Durchmischung auch die gewünschte Förderung der genannten
Teile stattfindet.
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Die Rührblätter könnten in sich starr ausgebildet und an den Rührarmen
unter Zwischenschaltung einer Feder scharnierartig angelenkt sein. Diese Ausführung
wäre jedoch relativ aufwendig und kostspielig. Eine besonders zweckmässige Ausbildung
ist demgegenüber durch eine solche Ausbildung und Anordnung der Rührblätter an den
Rührarmen gekennzeichnet, dass ihre Verschwenkung nach rückwärts durch elastisches
Biegen der Blattflächen erfolgt.
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Zweckmässigerweise sind die Rührblätter dabei eben bzw. schaufelartig
geformt.
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Um die Förderung des Faulgutes zu begünstigen, hat es sich als zweckmässig
erwiesen, eine solche Ausbildung vorzusehen, bei der sich die Rührblätter aufeinanderfolgender
Rührarme das Fördergut einander zuleiten. Zu diesem Zweck sind die die Rührblätter
tragenden Arme vorteilhafterweise an der Welle winkelmässig
versetzt
zueinander angeordnet. Mit anderen Worten, die Rührarme sind an der Welle in Form
einer Schraubenlinie befestigt oder aber - bei gruppenweiser Zusammenfassung jeweils
mehrerer Rührarme - in Form von Abschnitten einer Schraubenlinie.
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Als besonders günstig im Hinblick auf eine einwandfreie Funktionsweise
und einen dennoch verhältnismässig einfachen konstruktiven Aufbau der Einrichtung
hat sich eine Ausführung erwiesen, bei der die freien Enden der mit ihrem einen
Rand am zugehörigen Rührarm festgelegten Rührblätter bis vor den jeweils benachbarten
Rührarm reichen und bei der der Winkel, um den die Rührarme in bezug zueinander
versetzt angeordnet sind, so klein bemessen ist, dass bei Überschreiten eines bestimmten
Drehmoments der Verschwenkweg der Rührblätter durch Auftreffen auf den benachbarten
Rührarm begrenzt ist.
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Bei der Normalausführung sind die Rührarme zweckmässigerweise radial
zur Welle angeordnet. Die Rührblätter könnten sich zwar über die gesamte Länge der
Rührarme erstrecken. Da sie ihre Effektivität jedoch vor allem an den Enden der
Rührarme entwickeln, ist es besonders zweckmässig, wenn in weiterer Ausgestaltung
die Rührarme Rührblätter tragen, die sich lediglich über den äusseren Endbereich
der Rührarme erstrecken.
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In weiterer Abwandlung können die äusseren Enden der Rührarme dann
in Umlaufrichtung abgewinkelt sein. Der von dem abgewonkelten Ende in bezug auf
den übrigen Bereich des Rührarms eingeschlossene Winkel ist praktisch in Drehrichtung
des Rührwerks geöffnet. Bei dieser Ausführung befinden sich die Rührblätter lediglich
an den abgewinkelten äusseren Rührarmenden.
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Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung, auf die bezüglich aller nicht
im Text beschriebenen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigt: Fig. 1
einen Längsschnitt durch den das Hauptelement der Einrichtung bildenden Gärbehälter
mit Rührwerk, Fig. 2 einen Querschnitt durch den Gärbehälter entsprechend der Linie
II-II der Fig. 1, Fig. 3 einen Querschnitt durch das zum Einsatz gelangende Rührwerk,
in grösserem Massstab, Fig. 4 einen Längsschnitt durch das Rührwerk entsprechend
der Linie IV-IV der Fig. 3, und Fig. 5 eine Ausführungsvariante des Rührwerks mit
in Umlaufrichtung abgewinkelten Rührarmen.
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Die in der Zeichnung veranschaulichte Einrichtung 1 zur Gewinnung
von Biogas weist einen liegend angeordasten, etwa zylandrischen Behälter 2 auf,
parallel zu dessen Achse die Welle 3 eines Rührwerks 4 gelagert ist. Der Behälter
2 kann aus einem metallischen Werkstoff oder aus Kunststoff gefertigt sein; es ist
jedoch auch möglich, ihn zumindest teilweise als Mauerwerk zu errichten. An der
einen Stirnseite enthält der Behälter 2 eine der Faulgutzufuhr dienende Einlaufleitung
5, deren Eintrittsöffnung 6 sich bei der nach dem Durchflussprinzip arbeitenden
Einrichtung 1 immer unterhalb des Flüssigkeitsniveaus befindet. Um auch relativ
leichtes Material in die im Behälter 2 befindliche Flüssigkeit einführen zu können,
ist in der Einlaufleitung
5 eine nicht näher veranschaulichte Förderschnecke
oder ein anderes Förderorgan angeordnet. Auf der gegenüberliegenden Stirnseite des
Behälters 2 ist eine Auslaufleitung 7 vorgesehen, über die das abgebaute Faulgut
aus dem Innenraum 8 des Behälters 2 einer ausserhalb des Behälters befindlichen
Grube 9 zufliesst. Die zum grössten Teil vergärten Stoffe werden zur Düngung in
der Landwirtschaft oder zur Herstellung von Futtermitteln verwendet. Die im Behälter
2 anfallenden, unvergärbaren nichtschwimmenden Elemente, die mit dem Faulgut über
die Einlaufleitung 5 in den Behälter 2 eingetreten sind, z.B. Steine, werden in
einer tiefer liegenden Absetzgrube 10 im hinteren Bereich des Behälters 2 aufgefangen.
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Wie insbesondere aus Fig. 1 ersichtlich, ist der Behälter 2 in zwei
Räume aufgeteilt, nämlich in einen Gärraum 11 und in einen Sammelraum 12 für das
abgebaute Faulgut. Die beiden Räume 11 und 12 sind voneinander durch eine Trennwand
13 getrennt, die an der oberen Behälterwand 14 befestigt ist und von oben her in
die Flüssigkeit eintaucht. Diese Trennwand 13 verhindert, dass sich das über dem
Flüssigkeitsniveau im Gärraum 11 sammelnde Gas durch die Auslaufleitung 7 entweichen
kann. Im Gärraum 11 des Behälters 2 entsteht somit über dem Flüssigkeitsniveau ein
Gasspeicher 15, der über eine Gasabzugsleitung 16 mit nicht näher veranschaulichten
Verbrauchern verbunden ist. Ausserdem ist an den Gasspeicher 15 ein Überdruckventil
17 angeschlossen. Im Bereich des Sammelraums 12 ist an der oberen Behälterseite
ein Deckel 18, insbesondere zur Reinigung und zur Wartung von Behälter 2 und Rührwerk
4 angeordnet. Um den Behälter 2 vollständig leeren zu können, ist ausser der oberen
Auslaufleitung 7 im Bereich des Behälterbodens eine im Betrieb geschlossene Leitung
19 vorgesehen, die ebenfalls in die Grube 9 mündet.
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Über dem Behälter 2 ist im Bereich des Sammelraums 12 ein Antriebsmotor
20 befestigt, der über eine Kette 21 ein mit der Welle 3 des Rührwerks 4 fest verbundenes
Zahnrad 22 antreibt.
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Zur Aufnahme der Welle 3 des Rührwerks 4 ist der Behälter 2 an seinen
Stirnseiten 23 und 24 jeweils mit einem Lager 25 versehen. Bei längeren Behältern
2 mit entsprechend längerer Welle 3 ist letztere an mindestens einer Stelle ihrer
Länge über ein zusätzliches Stützlager 26 im Behälter 2 abgestützt. Am Behälterumfang,
gegebenenfalls auch an der Behälterinnenseite, sind Heizelemente 27 vorgesehen,
mit deren Hilfe sich der Prozess beschleunigen, d.h. die günstigste Temperatur einstellen
lässt.
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Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind auf der im Uhrzeigersinn angetriebenen
Welle 3 des Rührwerks 4 radial abstehende, mit Rührblättern 28 versehene Rührarme
29 angeordnet. Diese Rührblätter 28 sind eben bzw. schaufelartig geformt. Sie sind
derart sch quer zur Umlaufrichtung erstreckend an den Rührarmen 29 angeordnet, dass
sie sich im Betrieb bei Überschreiten eines vorbestimmten Drehmomentes entgegen
Federwirkung nach rückwärts verschwenken. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel
erfolgt die Verschwenkung der Rührblätter 28 nach rückwärts durch elastisches Biegen
der Blattflächen.
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Wie aus den Fig. 21 3 und 5 ersichtlich, sind die die Rührblätter
28 tragenden Rührarme 29 an der Welle 3 winkelmässig versetzt zueinander angeordnet.
Die freien Enden der mit ihrem einen Rand am zugehörigen Rührarm 29 festgelegten
Rührblätter 28 reichen bis vor den jeweils benachbarten Rührarm.
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Der Winkel, um den die Rührarme 29 in bezug zueinander versetzt angeordnet
sind, ist so klein bemessen, dass bei Überschreiten eines bestimmten Drehmoments
der Verschwenkweg der Rührblätter 28 durch Auftreffen auf den benachbarten Rührarm
29 begrenzt ist.
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Sowohl bei der Ausführung nach den Fig. 2 und 3 als auch bei der
abgewandelten Ausführung nach Fig. 5 sind die Rührarme 29 radial zur Welle 3 angeordnet.
Bei allen veranschaulichten Ausführungsformen erstrecken sich die Rührblätter 28
lediglich über den äusseren Endbereich der Rührarme 29. Bei der Ausführung nach
den Fig. 2 und 3 liegen die Rührblätter 28 praktisch in einer Ebene, die durch die
Achse der Welle 3 verläuft. Bei der Ausführung nach Fig. 5 sind die äusseren Enden
der Rührarme 29 jedoch in Umlaufrichtung abgewinkelt. Die an den äusseren Enden
der Rührarme befindlichen Rührblätter 28 schliessen mit der durch die Achse der
Welle 3 sowie den übrigen Teil der Rührarme verlaufenden gemeinsamen Ebene somit
einen stumpfen Winkel ein, der in Drehrichtung des Rührwerks offen ist.
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Die beschriebene Einrichtung arbeitet wie folgt: Das zu vergärende
Faulgut wird in den Behälter 2 über die Einlaufleitung 5 eingebracht. Die leichteren
Teile steigen nicht zuletzt unter dem Effekt der Gärung an die Flüssigkeitsoberfläche
auf; die schwereren Teile sinken auf den Behälterboden.
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Das im Behälter 2 angeordnete Rührwerk 4 erfüllt zwei Funktionen.
Es sorgt nämlich einmal dafür, dass die relativ leichteren Teile im oberen Flüssigkeitsbereich
nach unten und die im unteren Bereich der Flüssigkeit vorhandenen schwereren Teile
nach oben gebracht werden und auf diese Weise für eine gute Durchmischung gesorgt
ist. Weiterhin soll das Faulgut nach einer bestimmten Verweilzeit aus dem Behälter
2 ausgetragen werden. Aufgabe des Rührwerks 4 ist es deshalb, für einen Transport
des weitgehend abgebauten Faulguts zum Sammelraum 12 hin zu sorgen, aus dem es über
die Auslaufleitung 7 aus dem Behälter austritt.
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Aufgrund der erfindungsgemässen Ausbildung und Anordnung der Rührblätter
28 an den Rührarmen 29 des Rührwerks 4 bewirken sie bei ihrem Umlauf innerhalb des
Behälters einmal die erwähnte Durchmischung zur Verringerung der Verweilzeit des
Faulguts im Behälter. Andererseits ist dafür gesorgt, dass vorzugsweise nur gerade
beim Anlaufen des Rührwerks 4, d.h. zur Zeit des Auftretens des grössten Drehmoments,
eine Schrägstellung der Rührblätter 28 relativ zur Längsachse des Behälters 2 eintritt,
und zwar entgegen der Umlaufrichtung. Auf diese Weise bewirken die Rührblätter die
gewünschte Förderung der im Behälter 2 schwimmenden und der auf dem Boden liegenden
Abfallstoffe zum Sammelraum 12 des Behälters 2 hin. Sobald das Anlauf drehmoment
überwunden ist, richten sich die Rührblätter 28 des Rührwerks 4 wieder parallel
zur Längsachse des Behälters 2 aus. Sie sorgen dann lediglich noch für eine Durchmischung
des Behälterinhalts.
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Diese Durchmischung wird durch die erwähnte Abwinkelung der äusseren
Enden der Rührarme 29 begünstigt. Auf diese Weise wird nämlich die Eintauchkraft
der Rührblätter 28 auf die schwimmenden Teile erhöht.